摘要：老空区水是许多老矿区掘进过程中存在的主要水害因素，传统的治理手段是在工作面掘进前采用钻探对老空区低洼点进行探放、验证。本文主要介绍在特定条件下，将物探超前探技术应用到极近距离采空区下老空区水防治，并根据生产实际，对其可行性进行总结。
关键词：采空区；老空区水；防治水；钻探；物探
1概况
随着矿井开采年限的增长，许多年份较老的矿井在生产过程中受到邻近老空区水害的影响。针对掘进作业中存在老空区水害的威胁，传统的治理手段是在工作面掘进前施工钻孔对老空区低洼点进行探放、验证，并根据探放效果编制评价报告，由矿总工程师组织审批，确认消除水害威胁后方可进行掘进作业。钻探施工效果显著，但其工艺较为复杂，且有些工作面受采区布置及煤层产状的影响，钻探施工难度较大。
随着科学技术的发展，物探技术已日趋成熟，并且新的《煤矿防治水细则》对其应用已明确做出了规定。在对工作面四邻位置关系及水文地质条件清楚的前提下，部分工作面掘进可采取“物探超前探查、针对低阻区进行钻探验证”的超前探查方案，具体为：巷道掘进期间超前利用瞬变电磁、电法物探手段对巷道掘进前方及两帮顶板采空区积水情况及底板岩层富水情况进行探查。若存在物探低阻区域，超前施工不少于2个钻孔进行验证，根据验证情况进行安全评价，编制评价报告，经评价水害威胁消除并经总工程师批准同意后，巷道方可掘进。
2方案应用
本方案以中煤新集能源有限公司新集二矿210107工作面的防治水方案的应用为例。
2.1210107工作面地质及水文地质条件
210107工作面设计跟1煤层顶板掘进。1煤与其上覆1上煤层之间发育一层0.7～1.5m厚的泥岩，采区内1上煤均已回采。采区内1煤、1上煤总体倾向为NNE单斜构造煤（岩）层倾向N2°～42°E，倾角在1～12°之间，平均8°，巷道掘进范围内局部小断层、褶曲、裂隙等构造较发育。
210107工作面上覆1上煤210108采空区，因长期对采空区进行灌浆防火以及工作面回采期间生产用水可能导致采空区内局部低洼段存在部分积水。根据目前实际调查情况，2101采区1上煤各采空区风、机巷及底板巷闭墙均无出水情况，仅210108采空区底板-650m1煤东翼截水巷闭墙持续放水，水量3～5m3/h。2101采区1上煤工作面均为上行式开采，且工作面之间净垛较小，开采破坏后造成采空区之间可能联通，采区内210102采空区及210106采空区水进入210108采空区底板-650m1煤东翼截水巷后流出；但210108采空区存在局部低洼点存在部分积水的可能。
2.2210107工作面防治水方案
根据上述水文地质条件分析，210107工作面掘进期间防治水方案为“物探超前探查、针对低阻区进行钻探验证”的超前探查方案，具体为：
巷道掘进期间超前利用瞬变电磁、电法物探手段对巷道掘进前方及两帮顶板采空区积水情况及底板岩层富水情况进行探查。若存在物探低阻区域，超前施工不少于2个钻孔进行验证，根据验证情况进行安全评价，编制评价报告，经评价水害威胁消除并经总工程师批准同意后，巷道方可掘进。
瞬变电磁工作原理：瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。
瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈“扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。
电法工作原理：矿井直流电阻率法超前探测技术在矿井巷道掘进超前探测过程中，主要是依据单极—偶极电阻率法测量原理，在均匀介质中，利用单点电源供电，另一供电电极置于“无穷远”（使点电源场在探测区域内可以忽略），点电源形成的等位面为球面，通过观测测量电极、之间的电位差，该电位差为所夹球壳内岩体的综合电性响应。通过在掘进头后方滚动布置供电测量电极对，获取测量电极之间的电位差，计算视电阻率值：
若球壳体积范围内有异常体（如导水断层）存在，则其电阻率相对围岩表现为低阻；若断层破碎带不导水，则表现为相对高电阻率值。因此利用分析视电阻率值的变化情况预报掘进迎头前方电性异常。
井下现场观测布置方式具有独特性。利用并行电法仪器一次布置电极64个，任一电极供电时，其余63个电极同时采集电位，这样可在短时间内完成多个供电点三极组合测试，取得大量的电极点电位数据，实现多极供电直流电法超前探测技术。在掘进巷道迎头附近一次布置64个电极，其中迎头立面上布置～四个电极（视迎头断面大小而定），～沿巷道迎头后方底板按照一定极距布置，控制并行电法仪器使得至逐个供电，该仪器在电极供电的同时，采集其余非供电点的电位值。根据直流电法超前探测需要可从中提取前几个（一般为4～16个）电极供电数据，通过一定的数据处理方法表达巷道迎头前方岩体视电阻率分布情况，判断前方低阻异常。
当巷道前方异常带（如导水断层）含水时，表现为相对低阻；相反，富水性差的构造异常则表现为相对高阻。
2.3应用效果
210107工作面掘进期间累计开展超前物探20次，其中风巷9次，机巷9次，切眼2次，均未发现低阻区。工作面掘进期间未出现顶板淋滴水情况。
210107工作面围面后采用坑透、瞬变电磁对面内及面外顶板采空区积水情况进行探查验证。
（1）根据坑透探查结果，物探异常区与210108工作面回采实揭构造及210107工作面掘进期间实揭情况一致，与210108工作面采前坑透探查结果比对，也基本一致。
（2）根据瞬变电磁探查结果，无物探低阻异常区域。
210107工作面已回采结束，工作面回采期间未出现顶板淋滴水情况。
3总结
基于2101采区地质及水文地质条件清楚，采区工作面均为上行式开采，且通过210107工作面实际采掘经验，本采区内1煤工作面掘进期间防治水方案可继续采用“物探超前探查、针对低阻区进行钻探验证”的超前探查方案。
治理老空区水采用“物探超前探查、针对低阻区进行钻探验证”的超前探查方案，其适用条件较为严苛，要求工作面地质及水文地质条件清楚。极近距离煤层下开采，根据上覆煤层采掘实揭，其地质及水文地质条件清楚，因此本方案在极近距离采空区下进行防治水工作，可进行推广借鉴，但具体的方案选择，仍需根据相关规定要求及工作面的实际地质及水文地质资料制定。
参考文献
[1]卢小龙，李松.综合物探技术在正通煤业巷道超前探测中的应用[J].黑龙江科技信息，2013，19（53）：28-29.
[2]全国煤矿物探技术交流会论文摘登（中）--矿井物探技术在邯郸局防治水中的应用[J].煤炭科学技术，2010，10（53）：47-48.
论文作者:朱印兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：工作面论文; 采空区论文; 物探论文; 超前论文; 巷道论文; 电极论文; 水害论文; 《基层建设》2019年第13期论文;